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JP3016821B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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JP3016821B2
JP3016821B2 JP2156756A JP15675690A JP3016821B2 JP 3016821 B2 JP3016821 B2 JP 3016821B2 JP 2156756 A JP2156756 A JP 2156756A JP 15675690 A JP15675690 A JP 15675690A JP 3016821 B2 JP3016821 B2 JP 3016821B2
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electrode
power
plasma
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processing method
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昭仁 戸田
一彦 杉山
幸男 内藤
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Tokyo Electron Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理方法に関する。
（従来の技術） プラズマ処理装置例えばプラズマエッチング装置で
は、近年半導体素子の微細化と共に、マスク寸法が小さ
く被エッング膜が厚い構造となってる。このような高ア
スペクト構造では、反応済みガス（反応生成物）がその
穴もしくは溝より逃げ難く、この結果次の供給ガスが入
り難いために、エッチングレートが下ったり、反応生成
物の再付着がエッチングを妨げることが指摘されてい
る。反応生成物を逃げ易くし、エッチングレートを上げ
るためには、チャンバー内の雰囲気ガス圧力を下げ、ト
レンチ内の反応生成物を逃げ易くすることが必要であ
る。
このように、チャンバー内の雰囲気ガス圧力を下げた
場合には、下記のような問題が指摘されている。例えば
接地された真空容器内に配置した上部電極にRF電源を接
続し、下部電極を接地した場合には、雰囲気ガス圧力の
低下と共に、プラズマ中の電子が下部電極ばかりでなく
チャンバー内壁にも飛びやすくなり、すなわち異常放電
がしやすくなっている。このような異常放電が生ずる
と、安定したプラズマの生成が阻害され、半導体ウエハ
の処理の均一性が確保できないという問題がある。
このような問題を解決するための技術として米国特許
第4871421号に開示された技術がある。
この技術によれば、電気的に接続された一次側コイル
及び二次側コイルで構成されるトランスを有し、一次側
コイルはRF電源に接続され、二次側コイルの両端が上部
電極，下部電極にそれぞれ接続されている。そして、二
次側コイルの中間タップを接地している。この結果、第
６図に示すように破線で示す高周波ａが50:50に分配さ
れた高周波b,cを生じ、この高周波b,cが上部電極，下部
電極に供給されることになる。さらに、この各高周波b,
cは、その位相が180゜ずれた状態で給電されることにな
る。
このような給電方式によれば、上部電極，下部電極間
の電位差を、各電極とチャンバー側壁との間の電位差よ
りも大きく確保でき、たとえ雰囲気ガス圧力を低下させ
たとしても、プラズマ中の電子がチャンバー側壁に向か
って飛ぶことを低減でき、異常放電を防止して安定した
プラズマ状態を形成することが可能となる。
（発明が解決しようとする課題） ところが、RFパワーを上部電極，下部電極に50:50で
分配した場合には、下部電極側がかなりの低電位となる
ため、この下部電極上に載置される半導体ウエハへのイ
オンダメージが増大してしまうことになる。また、本発
明者らの研究によればチャンバー内圧力状態に応じ、上
部電極，下部電極へのRFパワーの分配比率に最適値が存
在することが確認された。
そこで、本発明の目的とするところは、チャンバー内
の雰囲気ガス圧力状態に応じて、プラズマを安定して形
成できるように、対向電極へのRFパワーの分配比率を可
変することができるプラズマ処理方法を提供することに
ある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項１に記載の発明は、真空容器内に第1,第２電極
を配置して対向電極を構成し、上記対向電極間にRF電源
よりRFパワーを給電してプラズマを生成し、上記第２電
極に搭載される被処理体を処理するプラズマ処理方法に
おいて、一次側コイルが上記RF電源に接続され、この一
次側コイルと絶縁された二次側コイルの両端が上記対向
電極にそれぞれ接続され、180゜位相の異なるRFパワー
を上記対向電極に給電するトランスと、上記トランスの
二次側コイルのタップを切り換えて、上記対向電極へそ
れぞれ給電されるRFパワーの分配比率を可変するパワー
スプリッタと、を用意し、上記パワースプリッタは、上
記真空容器内の雰囲気ガス圧力状態に応じて上記タップ
が切り換えられることで、第１電極，第２電極への給電
パワーの分配比率を可変することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記パ
ワースプリッタは、上記第１電極，第２電極への給電パ
ワーの分配比率を、10:0〜8:2の範囲で可変することを
特徴とする。
（作 用） トランスの一次側コイルにRF電源からのRFパワーが給
電されると、二次側コイルに起電力が生じ、それどれの
対向電極に印加されることになる。各対向電極に印加さ
れる電圧は、接地端であるタップに対する電位差となる
ので、180゜位相の異なった高周波とすることができ
る。また、この際接地端となるタップを切り替えること
で、対向電極へそれぞれ給電されるRFパワーの分配比率
が可変されることになる。本発明者らの実験によれば、
真空容器内の雰囲気ガス圧力が0.2〜0.5Torr程度の低圧
状態では、上部電極，下部電極への給電パワーの分配比
率を、10:0から8:2程度に可変することで、各圧力状態
に応じた最適値を設定でき、この結果プラズマ安定領域
を確保することが可能となる。
［実施例］ 以下、本発明をプラズマエッチング装置に適用した一
実施例について、図面を参照して具体的に説明する。
プラズマエッチング装置は、第２図に示すように、真
空容器を構成する円筒状チャンバー10を有し、このチャ
ンバー10は金属例えばアルミニウムからなり、内壁面上
にアルミナ膜が形成されている。このチャンバー10は例
えば接地され、このチャンバー10内部には、例えば円板
状上部電極12と円板状下部電極14とが対向して配置さ
れ、その両者で対向電極を構成している。そして、下部
電極14上に被処理基板であるウエハ16が載置支持（例え
ば吸着または静電チャック）される。プロセスに際しウ
エハ16が搬入された後、チャンバー10内部は所定真空度
まで真空引きされる。その後、プロセスガスが導入さ
れ、さらに、上部電極12,下部電極14間に周波数360KHz
等適宜選択されたRF（高周波）パワーを給電することで
プラズマを生成し、ウエハ16に対してプラズマエッチン
グ処理を行うことになる。
次に、上部電極12,下部電極14へのRFパワーの給電装
置について、第１図を参照して説明する。同図におい
て、RF電源20は出力端の一端は接地され、他端はマッチ
ング回路22を介して、給電分配手段30の入力端子32と接
続されている。前記マッチング回路22は、出力インピー
ダンスを前記上部電極12および下部電極14への入力イン
ピーダンスとマッチングさせるものである。前記給電分
配手段30として例えば、トランス34が設置されている。
このトランス34は、一次側コイル36と、これと絶縁して
設けられた二次側コイル38とから構成されている。一次
側コイル36の一端は、前記入力端子32と接続され、その
他端は接地されている。二次側コイル38の両端40a,40k
間には複数個の中間端子が設けられ、両端40a,40kはそ
れぞれコンデンサC1,C2を介して、前記上部電極12,下部
電極14に接続された出力端子42,44と接続されている。
さらに、上部電極12,下部電極14へそれぞれ給電されるR
Fパワーの分配比率を可変するためのパワースプリッタ5
0が設けられている。すなわち、二次側コイル38は、両
端40a,40kの間でその総ターン数を例えば等分割例えば1
0分割する中間タップ端子40b〜40jを有し、一端が接地
された可動端子52は、前記二次側コイル38の両端40a,40
kおよびその中間部のタップ端子40b〜40jのいずれか１
つと接触できるように構成されている。二次側コイル38
は中間タップとせず、複数個のコイルにより構成しても
よい。
次に、作用について説明する。
真空容器10内部にウエハ16を搬入した後、真空容器10
内部を所定真空度まで真空引きし、かつ、プロセスガス
を導入する。その後、RF電源20がON駆動される。RF電源
20がON駆動されると、マッチング回路22,入力端子32を
介して一次側コイル36に通電される。そうすると、二次
側コイル38に起電力が誘導され、その両端40a,40bの電
圧が、それぞれ上部電極12,下部電極14に給電されるこ
とになる。
ここで、二次側コイル38に誘導される高周波を、第３
図の破線ａで示すと、上部電極12に印加される高周波は
同図の実線ｂとなり、一方、下部電極14に印加される高
周波は同図の実線ｃとなる。すなわち、２つの高周波b,
cは、それぞれ位相が180゜ずれた状態となっている。こ
れは、可動端子52がいずれかのタップ端子と接続される
ことになるので、この零電位である選択されたタップ端
子との電位差が、上部電極12,下部電極14に印加される
ことになるからである。
そして、さらに本実施例では可動端子52と接続される
タップ端子を選択できるようになっている。可動端子52
と接続される相手端子と、この際の上部電極12へのRFパ
ワー／下部電極14へのRFパワーの分配比率との関係は、
下記の表１のとおりである。
このように、上部電極12,下部電極14へのRFパワーの
分配比率を可変している理由は、真空容器10内部の雰囲
気ガスの圧力状態等により、プラズマの安定状態を形成
するための分配比率に最適値があることが判明したから
である。すなわち第４図に示すように、真空容器10内部
の雰囲気ガスの圧力が比較的高い場合には、可動端子52
を二次側コイル38の一端40kに接続し、上部電極12にRF
パワーを100％印加することで、プラズマ安定状態を形
成することが可能である。これよりも圧力が低い場合に
は、上記分配比率を90/10あるいは80/20のように可変す
ることで、プラズマ安定状態を形成することができるこ
とが確認できた。
第５図は、下記のプロセス条件の場合の安定したプラ
ズマを形成するためのRFパワーの分配比率を説明するた
めのデータである。
プロセス条件 Gap :1.0cm Power:800W Ar :1000SCCM CHF3 :20SCCM CF4 :20SCCM Clamp:3kg/cm2 B.P. :9.0Torr He :10SCCM 温度 :Top 20℃ BOTTOM −10℃ Wall 40℃ 第５図からも明らかなように、真空容器10内部の雰囲
気ガスの圧力が0.2〜0.5Torrの場合には、上記分配比率
を90/10あるいは80/20とすることで、異常放電を防止し
て安定したプラズマを形成できることが確認された。
また、本実施例では、トランス34として、一次側コイ
ル36,二次側コイル38を絶縁して配置しているので、対
向電極に印加される高周波電圧により、RF電源20が破壊
されることを防止できる。また、RFパワーの分配比率を
最適値に設定した異常放電を防止しているので、上部電
極12,下部電極14間のギャップを比較的大きくしても、
安定したプラズマを形成できることが確認できた。
また、このように真空容器10の側壁への異常放電を防
止して低圧プロセスが実現できるので、近年のトレンチ
エッチングについても、エッチングレートを高めた状態
にて処理することが可能となる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、本発明は必ずしもプラズマエッチング装置に
限定されるものではなく、対向電極間にプラズマを形成
してプラズマ処理を行う他の種々のプラズマ処理装置に
も同様に適用可能である。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、プラズマを形成
するための対向電極へのRFパワーの分配比率を可変する
ことで、低圧プロセスにおいても容器内壁との間の異常
放電を防止し、安定したプラズマを形成することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を適用したプラズマエッチング装置に
おけるRF給電回路を説明するための回路図、 第２図は、実施例にかかわるプラズマエッチング装置の
断面図、 第３図は、対向電極に印加される高周波を説明するため
の特性図、 第４図および第５図は、ガス圧力およびRFパワーの分配
比率とプラズマ安定領域との関係を示すための特性図、 第６図は、RFパワーの分配比率を50:50とした従来例を
説明するたための概略説明図である。 10……真空容器、12……上部電極、 14……下部電極、16……被処理体、 20……RF電源、34……トランス、 36……一次側コイル、38……二次側コイル、 40a〜40k……タップ、 50……パワースプリッタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 幸男 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−170025（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−140691（ＪＰ，Ｕ) 特表 平２−501608（ＪＰ，Ａ) 米国特許4871421（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空容器内に第1,第２電極を配置して対向
    電極を構成し、上記対向電極間にRF電源よりRFパワーを
    給電してプラズマを生成し、上記第２電極に搭載される
    被処理体を処理するプラズマ処理方法において、 一次側コイルが上記RF電源に接続され、この一次側コイ
    ルと絶縁された二次側コイルの両端が上記対向電極にそ
    れぞれ接続され、180゜位相の異なるRFパワーを上記対
    向電極に給電するトランスと、 上記トランスの二次側コイルのタップを切り換えて、上
    記対向電極へそれぞれ給電されるRFパワーの分配比率を
    可変するパワースプリッタと、 を用意し、 上記パワースプリッタは、上記真空容器内の雰囲気ガス
    圧力状態に応じて上記タップが切り換えられることで、
    第１電極，第２電極への給電パワーの分配比率を可変す
    ることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、 上記パワースプリッタは、上記第１電極，第２電極への
    給電パワーの分配比率を、10:0〜8:2の範囲で可変する
    ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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